A high-efficient stable surface-prelithiated Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2 cathode enabled by sacrificial lithium nitrides for high-energy-density lithium-ion batteries

阴极 材料科学 锂(药物) 电解质 阳极 化学工程 磷酸钒锂电池 离子 电极 化学 有机化学 医学 工程类 内分泌学 物理化学
作者
Jia Liang,Yuke Wang,Yan Qiao,Siyu Yang,Xinyu Cheng,Yang Ming,Jing Zhang,Zheng‐Wen Fu
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier]
卷期号:66: 103204-103204
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2024.103204
摘要

Lithium-rich cathode materials with superior practical specific capacity over 250 mAh g−1 are considered as one of the resolutions for high-energy-density lithium-ion batteries, while the intrinsic capacity loss caused by solid electrolyte interface (SEI) formation on the anode impedes the increase of energy density. To address this issue, we propose a composite cathode prelithiation strategy including a carbon-incorporated lithium phosphorus oxynitride (LiCPON) layer and a sacrificial Li3N (Sac. Li3N) layer, which can not only compensate for the capacity loss effectively and controllably with a high lithium utilization rate over 85% but also provide outstanding atmosphere stability with an 80.2% lithium utilization rate after exposed in dry air for 8 hours. The energy densities achieve 489.5 Wh kg−1 and 497.3 Wh kg−1 initially after cathode prelithiation in full cells paired with Si/C and SiOx/C anodes, corresponding to a 11.9% and 11.6% increase, respectively. The energy densities still remain 318.7 Wh kg−1 and 319.7 Wh kg−1 after 50 cycles with an increase of 13.7% and 11.7%, respectively. The cathode electrolyte interface (CEI) and SEI layers are mutually optimized and the electrolyte adsorption and degradation are suppressed after cathode prelithiation. Our work has demonstrated that such a composite cathode prelithiation strategy provides the possibility for large-scale industrial production, transportation, and conservation of prelithiated lithium-rich cathodes to achieve high-energy-density lithium-ion batteries.
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